ホーム > 特許ランキング > 株式会社日立ハイテク
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023172471
(43)【公開日】2023-12-06
(54)【発明の名称】生体試料測定装置
(51)【国際特許分類】
G01N 35/00 20060101AFI20231129BHJP
G01F 23/292 20060101ALI20231129BHJP
【ＦＩ】
G01N35/00 Z
G01F23/292 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022084300
(22)【出願日】2022-05-24
(71)【出願人】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐尾 真侑
(72)【発明者】
【氏名】角野 雅仁
【テーマコード（参考）】
2F014
2G058
【Ｆターム（参考）】
2F014FA04
2G058GB03
(57)【要約】
【課題】ラベルが貼付された容器に格納された、複数の成分領域へ分離された生体試料を測定する際に、測定対象とする対象部分を、大型な撮像機構を用いることなく、ラベルの向きによらず精度よく特定することができる技術を提供する。
【解決手段】本開示に係る生体試料測定装置は、撮像画像の輝度値の中間点を特定することにより、測定対象部分の上面境界と下面境界をそれぞれ特定し、特定した前記上面境界の位置に対して、メニスカス幅の補正量を適用する。
【選択図】図１
【解決手段】本開示に係る生体試料測定装置は、撮像画像の輝度値の中間点を特定することにより、測定対象部分の上面境界と下面境界をそれぞれ特定し、特定した前記上面境界の位置に対して、メニスカス幅の補正量を適用する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の成分領域へ分離された生体試料を測定する生体試料測定装置であって、
前記生体試料に対して第１波長成分を有する第１光および第２波長成分を有する第２光を照射する光源、
前記生体試料を透過した前記第１および第２光を用いて前記生体試料の撮像画像を生成する撮像器、
前記成分領域のうち測定対象とする対象部分を前記撮像画像から特定する画像処理部、
を備え、
前記画像処理部は、前記第１光を用いて取得した前記撮像画像から、前記対象部分の高さ方向に沿った前記第１光の輝度値を取得するとともに、前記撮像画像の第１部分領域における前記第１光の輝度値の変化の中間点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記対象部分の上面境界の位置を特定し、
前記画像処理部は、前記撮像画像から、前記高さ方向に沿った前記第１光または前記第２光の輝度値を取得するとともに、前記撮像画像の第２部分領域における前記第１光または前記第２光の輝度値の変化の中間点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記対象部分の下面境界の位置を特定し、
前記画像処理部は、前記特定した前記上面境界の位置に対して、前記対象部分のメニスカス幅を補正する補正量を適用することにより、前記特定した前記上面境界の位置を補正する
ことを特徴とする生体試料測定装置。
前記生体試料に対して第１波長成分を有する第１光および第２波長成分を有する第２光を照射する光源、
前記生体試料を透過した前記第１および第２光を用いて前記生体試料の撮像画像を生成する撮像器、
前記成分領域のうち測定対象とする対象部分を前記撮像画像から特定する画像処理部、
を備え、
前記画像処理部は、前記第１光を用いて取得した前記撮像画像から、前記対象部分の高さ方向に沿った前記第１光の輝度値を取得するとともに、前記撮像画像の第１部分領域における前記第１光の輝度値の変化の中間点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記対象部分の上面境界の位置を特定し、
前記画像処理部は、前記撮像画像から、前記高さ方向に沿った前記第１光または前記第２光の輝度値を取得するとともに、前記撮像画像の第２部分領域における前記第１光または前記第２光の輝度値の変化の中間点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記対象部分の下面境界の位置を特定し、
前記画像処理部は、前記特定した前記上面境界の位置に対して、前記対象部分のメニスカス幅を補正する補正量を適用することにより、前記特定した前記上面境界の位置を補正する
ことを特徴とする生体試料測定装置。
【請求項2】
前記画像処理部は、前記第１光と前記第２光を用いて取得した前記撮像画像から、前記高さ方向に沿った前記上面境界と前記下面境界それぞれの位置を仮特定し、
前記画像処理部は、前記仮特定した前記上面境界を包含する前記第１部分領域における前記第１光の輝度値の変化の中間点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記上面境界の位置を特定し、
前記画像処理部は、前記仮特定した前記下面境界を包含する前記第２部分領域における前記第１光または前記第２光の輝度値の変化の中間点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記下面境界の位置を特定する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
前記画像処理部は、前記仮特定した前記上面境界を包含する前記第１部分領域における前記第１光の輝度値の変化の中間点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記上面境界の位置を特定し、
前記画像処理部は、前記仮特定した前記下面境界を包含する前記第２部分領域における前記第１光または前記第２光の輝度値の変化の中間点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記下面境界の位置を特定する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
【請求項3】
前記撮像器は、前記第１光が有する前記第１波長成分を用いて、前記生体試料の第１撮像画像を生成し、
前記撮像器は、前記第２光が有する前記第２波長成分を用いて、前記生体試料の第２撮像画像を生成し、
前記画像処理部は、前記第１撮像画像における前記第１波長成分を用いて生成された部分と、前記第２撮像画像における前記第２波長成分によって生成された部分との間の差分を計算し、
前記画像処理部は、前記差分が閾値以上となる部分を特定することにより、前記上面境界と前記下面境界それぞれの位置を仮特定する
ことを特徴とする請求項２記載の生体試料測定装置。
前記撮像器は、前記第２光が有する前記第２波長成分を用いて、前記生体試料の第２撮像画像を生成し、
前記画像処理部は、前記第１撮像画像における前記第１波長成分を用いて生成された部分と、前記第２撮像画像における前記第２波長成分によって生成された部分との間の差分を計算し、
前記画像処理部は、前記差分が閾値以上となる部分を特定することにより、前記上面境界と前記下面境界それぞれの位置を仮特定する
ことを特徴とする請求項２記載の生体試料測定装置。
【請求項4】
前記撮像器は、前記生体試料を透過した前記第１または第２光を用いて、前記生体試料の２次元画像を前記撮像画像として生成するエリアカメラであり、
前記画像処理部は、前記高さ方向に対して直交する水平方向に沿った前記生体試料の中心領域において、前記２次元画像の画素値を前記水平方向に沿って統計処理することにより、前記第１光または前記第２光の１次元信号を取得する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
前記画像処理部は、前記高さ方向に対して直交する水平方向に沿った前記生体試料の中心領域において、前記２次元画像の画素値を前記水平方向に沿って統計処理することにより、前記第１光または前記第２光の１次元信号を取得する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
【請求項5】
前記画像処理部は、前記高さ方向に沿った位置に対する前記輝度値の１次微分を取得するとともに、前記１次微分のピークを特定することにより、前記上面境界の位置または前記下面境界の位置を特定する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
【請求項6】
前記画像処理部は、前記第１部分領域において特定した前記上面境界または前記第２部分領域において特定した前記下面境界を包含する領域における前記輝度値の最大値と最小値をそれぞれ求め、
前記画像処理部は、前記最大値と前記最小値との間の差分の所定割合を前記最小値に対して加算することにより得られる前記輝度値に対応する前記高さ方向の位置を、前記上面境界の位置または前記下面境界の位置として特定する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
前記画像処理部は、前記最大値と前記最小値との間の差分の所定割合を前記最小値に対して加算することにより得られる前記輝度値に対応する前記高さ方向の位置を、前記上面境界の位置または前記下面境界の位置として特定する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
【請求項7】
前記画像処理部は、前記メニスカス幅に対して補正係数を乗算することにより、前記補正量を計算し、
前記画像処理部は、前記特定した前記上面境界の位置に対して前記補正量を適用することにより、前記特定した前記上面境界の位置を補正する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
前記画像処理部は、前記特定した前記上面境界の位置に対して前記補正量を適用することにより、前記特定した前記上面境界の位置を補正する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
【請求項8】
前記画像処理部は、前記生体試料の種類に対応する前記補正係数を格納した記憶部から前記補正係数を取得し、
前記画像処理部は、前記記憶部から取得した前記補正係数を用いて、前記上面境界の位置を補正する
ことを特徴とする請求項７記載の生体試料測定装置。
前記画像処理部は、前記記憶部から取得した前記補正係数を用いて、前記上面境界の位置を補正する
ことを特徴とする請求項７記載の生体試料測定装置。
【請求項9】
前記補正係数は、前記補正量が前記メニスカス幅の０．５～１．０倍となるように構成されている
ことを特徴とする請求項７記載の生体試料測定装置。
ことを特徴とする請求項７記載の生体試料測定装置。
【請求項10】
前記画像処理部は、前記第１撮像画像を用いて前記仮特定した前記下面境界の第１コントラストと、前記第２撮像画像を用いて前記仮特定した前記下面境界の第２コントラストとを比較し、
前記画像処理部は、前記第１コントラストのほうが前記第２コントラストよりも所定値以上大きい場合は、前記第１光を用いて取得した前記撮像画像から、前記高さ方向に沿った前記第１光の輝度値を取得するとともに、前記仮特定した前記下面境界を包含する領域における前記第１光の輝度値の変化の変曲点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記下面境界の位置を特定し、
前記画像処理部は、前記第２コントラストのほうが前記第１コントラストよりも前記所定値以上大きい場合は、前記第２光を用いて取得した前記撮像画像から、前記高さ方向に沿った前記第２光の輝度値を取得するとともに、前記仮特定した前記下面境界を包含する領域における前記第２光の輝度値の変化の変曲点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記下面境界の位置を特定する
ことを特徴とする請求項３記載の生体試料測定装置。
前記画像処理部は、前記第１コントラストのほうが前記第２コントラストよりも所定値以上大きい場合は、前記第１光を用いて取得した前記撮像画像から、前記高さ方向に沿った前記第１光の輝度値を取得するとともに、前記仮特定した前記下面境界を包含する領域における前記第１光の輝度値の変化の変曲点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記下面境界の位置を特定し、
前記画像処理部は、前記第２コントラストのほうが前記第１コントラストよりも前記所定値以上大きい場合は、前記第２光を用いて取得した前記撮像画像から、前記高さ方向に沿った前記第２光の輝度値を取得するとともに、前記仮特定した前記下面境界を包含する領域における前記第２光の輝度値の変化の変曲点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記下面境界の位置を特定する
ことを特徴とする請求項３記載の生体試料測定装置。
【請求項11】
前記画像処理部は、前記第１コントラストと前記第２コントラストとの間の差分が前記所定値未満である場合は、前記第１光を用いて取得した前記撮像画像から、前記高さ方向に沿った前記第１光の輝度値を取得するとともに、前記仮特定した前記下面境界を包含する領域における前記第１光の輝度値の変化の変曲点を特定することにより、前記高さ方向に沿った前記下面境界の位置を特定する
ことを特徴とする請求項１０記載の生体試料測定装置。
ことを特徴とする請求項１０記載の生体試料測定装置。
【請求項12】
前記画像処理部は、前記特定した前記上面境界の位置と前記特定した前記下面境界の位置に基づき、前記対象部分の液量を測定する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
【請求項13】
前記生体試料を収容する容器の側面にはラベルが貼られており、
前記生体試料測定装置は、前記撮像器と前記ラベルとの間の位置関係を調整することなく、前記撮像器によって前記撮像画像を取得する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
前記生体試料測定装置は、前記撮像器と前記ラベルとの間の位置関係を調整することなく、前記撮像器によって前記撮像画像を取得する
ことを特徴とする請求項１記載の生体試料測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、複数の成分領域へ分離された生体試料を測定する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
血液検査など臨床検査の効率化を目的に、従来目視確認で実施されていた開栓前（分注前）の生体検体の液量確認作業を自動化する技術が求められている。特に、分注前の血液検体などの生体試料は、遠心分離などによって複数層に分離された構成になっており、このうち分析対象となる試料の液量のみを測定する技術が必要である。また、分注前の生体試料は、識別用のバーコードラベルや、採血管に貼付されて出荷されるプリラベルが貼られていることがあるため、これらのラベルが貼られた状態で測定可能な技術が求められている。
【0003】
このような生体試料測定装置として、例えば、特許文献１は、検体に赤外光を当てラインセンサで透過光を検出し、その１次微分値に基づいてラベルと血清領域（測定対象領域）の境界を求め、検体の血清量を測定する液体検出装置について開示している。
【0004】
特許文献２では、光量を変えて透過光の信号を取得することで、ラベルによる透過光の減衰の有無によらず解析可能としている。また、特許文献２は、複数層に分離した試料に対して、２波長のパルス光を時分割に切り替えて照射し、試料を鉛直方向に走査しながら透過光を測定することにより、複数層に分離した試料の所定領域の高さを検出する技術について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００４－０３７３２０号公報
【特許文献2】ＵＳ２０１２／００１３８８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載されている技術は、複数の成分により構成される生体試料について、赤外線透過光の信号から微分にもとづく信号処理によって、ラベルが貼りつけられている上下方向の位置と、測定対象となる血清の上下面高さを検出することにより血清量を測定する。しかしながら、特許文献１の信号処理は、ラベルが検出器側に貼られている検体などのように、透過光がラベルにより散乱される検体の条件において、血清上下面を示す信号が散乱によってぼやけてしまい、検出精度が低下するという課題がある。したがって、ラベルの向き（検体の向き）を検出して揃える回転機構が必要となり、装置の小型化が難しい。
【0007】
特許文献２に開示されている技術は、複数の成分により構成される生体試料について、測定対象に対して吸収率が異なる２波長の透過光の信号から、測定対象領域の境界を精度よく特定して液量を測定する液量測定技術に関するものである。しかしながら、特許文献２においては、検体（採血管）を長軸方向に鉛直走査しながら測定する必要があり、走査機構の分だけ装置の小型化が難しいという課題がある。
【0008】
本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、ラベルが貼付された容器に格納された、複数の成分領域へ分離された生体試料を測定する際に、測定対象とする対象部分を、大型な撮像機構を用いることなく、ラベルの向きによらず精度よく特定することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示に係る生体試料測定装置は、撮像画像の輝度値の中間点を特定することにより、測定対象部分の上面境界と下面境界をそれぞれ特定し、特定した前記上面境界の位置に対して、メニスカス幅の補正量を適用する。
【発明の効果】
【0010】
本開示に係る生体試料測定装置によれば、ラベルが貼付された容器に格納された、複数の成分領域へ分離された生体試料を測定する際に、ラベルの向きに依存して生じる透過光の散乱の影響下においても、ラベルの向きによる測定のばらつきを低減することができる。これにより、ラベルの向きを揃える回転機構を取り付けず小型化を実現しながら、ラベルによる透過光散乱の影響を低減し、解析精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態１に係る生体試料測定装置１の構成図である。
【図2A】測定対象領域を特定する原理を説明する図である。
【図2B】測定対象領域を特定する原理を説明する図である。
【図3A】生体試料２の容器にラベルが貼られている例を示す。
【図3B】生体試料２の容器にラベルが貼られている例を示す。
【図4A】透過画像の例である。
【図4B】測定対象領域で吸収のある波長（１５５０ ｎｍ）の照明を用いて、実際にラベルの向き（検体の向き）を変えて同じ模擬検体を撮像し、血清上面の境界の傾きを抽出した結果を示す。
【図4C】測定対象領域で吸収のある波長（１５５０ ｎｍ）の照明を用いて、実際にラベルの向き（検体の向き）を変えて同じ模擬検体を撮像し、血清上面の境界の傾きを抽出した結果を示す。
【図5A】透過画像の例である。
【図5B】波長９７０ｎｍの照明で撮像した際の血清上面の信号を抽出した結果を示す。
【図7A】１次元信号の輝度変化の中心点を検出する方法を示す。
【図7B】１次元信号の輝度変化の中心点を検出する方法を示す。
【図8】画像処理部１４が測定対象領域２１の液量（血清液量）を測定する手順を説明するフローチャートである。
【図9】Ｓ２の詳細を説明するフローチャートである。
【図10】Ｓ２３の詳細を説明するフローチャートである。
【図11】Ｓ２４の詳細を説明するフローチャートである。
【図12】Ｓ３の詳細を説明するフローチャートである。
【図13A】メニスカスを模式化したシミュレーションモデルを示す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
＜実施の形態１＞
本開示の実施形態において測定する生体試料は、開栓前（分析前）のラベルが貼られた検体であって、遠心分離有無により複数の成分層（典型的には１層～３層）に分離されているものを想定する。測定対象とするのは、複数層に分離した検体のうち、例えば血漿や血清などのような、生化学分析装置などによる分析対象となる（分注対象となる）部分である。
本開示の実施形態において測定する生体試料は、開栓前（分析前）のラベルが貼られた検体であって、遠心分離有無により複数の成分層（典型的には１層～３層）に分離されているものを想定する。測定対象とするのは、複数層に分離した検体のうち、例えば血漿や血清などのような、生化学分析装置などによる分析対象となる（分注対象となる）部分である。
【0013】
ラベルが検出器側に貼られている場合、検体透過光が検体表面のラベルによって散乱され、ラベルが照明側に貼られている場合と比較して、境界がぼやけることがわかっている。すなわち、ラベルの向きによって信号の傾きが大きく異なることになる。したがって、ラベルの向きに起因する検出信号のばらつきを抑える血清境界の検出方法が必要である。
【0014】
図１は、本開示の実施形態１に係る生体試料測定装置１の構成図である。生体試料測定装置１は、生体試料２を測定する装置である。生体試料２は、上記のように構成された試料である。生体試料測定装置１は、生体試料２の測定対象領域２１を特定し、その液量を測定する。生体試料測定装置１は、面照明光源１１、エリアカメラ１２、時分割制御ドライバ１３、画像処理部１４を備える。
【0015】
面照明光源１０２は、出射する光の波長を２つの波長間で切り替えることができるように構成されており、その光によって生体試料２を照明する。面照明光源１１が出射する光は、生体試料２を構成している２以上の成分層を同時に（すなわち２以上の成分層をまたいで）照明することができる。また、成分層によらず、最上部層の上面（試料と空気層の境界）を照射することができる。光の波長を切り替えるとは、必ずしも単一の波長のみを有する光を出射することを要するものではなく、最も強度が強い波長成分を切り替えることができればよい（波長λ１＝１５５０±１００ｎｍ、波長λ２＝９７０±１００ｎｍなど）。成分層が１層または３層である生体試料２において、成分層の層数が測定前にわかっている場合には、２つの波長のどちらかを用いれば足り、波長を切り替える必要はない。理由と波長の選択方法は後述の測定原理において説明する。
【0016】
エリアカメラ１２は、生体試料２を透過した面照明光を撮像することにより、生体試料２の２次元撮像画像を生成する。エリアカメラ１２は、面照明光源１１が出射する波長帯の光を検出できる感度特性を有する。エリアカメラ１２は、例えばＩｎＧａＡｓカメラなどによって構成できる。
【0017】
時分割制御ドライバ１３は、面照明光源１１が出射する光の波長を時分割で切り替える。時分割制御ドライバ１３は、波長切り替えと同期して、エリアカメラ１２の露光時間（またはゲイン）をその波長に適した時間へ調整する。エリアカメラ１２による撮像タイミングは、面照明光源１１が出射する波長に同期して時分割制御ドライバ１３が制御する。時分割制御ドライバ１３は、画像処理部１４から処理結果を受け取りその結果にしたがって再撮影を制御する場合もある。
【0018】
画像処理部１４は、エリアカメラ１２が取得した撮像画像から、測定対象領域（検体の画像領域）を抽出する。抽出原理については後述する。画像処理部１４は、測定対象領域特定部１４１、メニスカス補正部１４２、液量計算部１４３を備える。これらの動作についても併せて後述する。
【0019】
【0020】
図２Ａは生体試料２が３層に分離されている例を示す。図２Ｂは生体試料２が２層に分離されている例を示す。血餅２３は、生体試料２を遠心分離したとき下層にできるものである。分離材２２は、血餅２３と測定対象領域２１を分離するために混入させるものである。
【0021】
面照明光源１０２が出射する第１波長（波長１）と第２波長（波長２）を比較すると、波長１が血餅２３を透過するときの透過率と波長２が血餅２３を透過するときの透過率はほぼ同じである。したがって、波長１を用いて取得した血餅２３の撮像画像と波長２を用いて取得した血餅２３の撮像画像との間の差分は、ごく僅かである。分離材２２についても同様に、波長１の透過率と波長２の透過率はほぼ同じであるので、両画像間の差分はごく僅かである。
【0022】
これに対して、波長１が測定対象領域２１を透過するときの透過率と波長２が測定対象領域２１を透過するときの透過率は、大きく異なる。したがって、波長１を用いて取得した測定対象領域２１の撮像画像と波長２を用いて取得した測定対象領域２１撮像画像との間の差分は、顕著である。この差分を識別することにより、測定対象領域２１を撮像画像から抽出することができる。
【0023】
波長１および波長２として採用する波長帯は、図２Ａと図２Ｂが例示するように、測定対象領域２１においては顕著な差分が波長間で生じるが、それ以外の部分においては差分がほぼ生じないように、あらかじめ選択しておく必要がある。この条件を満たせば、具体的な波長の数値は任意でよい。すなわち、少なくとも、波長１が測定対象領域２１を透過するときの透過率と波長２が測定対象領域２１を透過するときの透過率との間の差分は、波長１が測定対象領域２１以外を透過するときの透過率と波長２が測定対象領域２１以外を透過するときの透過率との間の差分よりも大きければよい。
【0024】
上記測定原理を用いることにより、生体試料２が複数の成分層に分離されている場合において、測定対象領域２１を特定することができる。画像処理部１４はこの原理にしたがって、測定対象領域２１を特定する。成分層の数は問わないが、血漿や血清などの典型的な生体試料においては、１層～３層に分離されている。いずれの場合においても測定対象領域２１を精度よく特定できる。
【0025】
成分層が１層の生体試料２と成分層が３層の生体試料２について、成分層の数があらかじめ測定前にわかっている場合には、１波長のみの透過画像を用いて測定可能である。図２Аのように３層となっている場合は、測定対象領域２１の上下に位置する分離材２２や空気層と測定対象領域２１との間の吸収率の差がある波長を選べばよい。１層の場合には、測定対象領域２１の上部の空気層と、測定対象領域２１の吸収率との間に差がある波長を選べばよい。
【0026】
＜実施の形態１：ラベルによる透過光散乱の課題について＞
図３Ａと図３Ｂは、生体試料２の容器にラベルが貼られている例を示す。図３Ａは容器の側面図、図３Ｂは上面図である。生体試料２の容器（例えば採血管）には、バーコードラベルやプリラベル（ラベル３０１）などが貼られていることがある。このような場合であっても、測定対象領域２１を精度よく特定することが求められる。また、生体試料２の向きを制御する機構を持たない場合、ラベル３０１と面照明光源１１とエリアカメラ１２との間の位置関係は、生体試料２ごとに様々である。例えばラベル３０１が照明側にある場合（図３Ｂ（１））と、照明と反対側にある場合（図３Ｂ（２））がある。どちらの場合にも同じ精度で測定対象領域２１を特定することが求められる。
図３Ａと図３Ｂは、生体試料２の容器にラベルが貼られている例を示す。図３Ａは容器の側面図、図３Ｂは上面図である。生体試料２の容器（例えば採血管）には、バーコードラベルやプリラベル（ラベル３０１）などが貼られていることがある。このような場合であっても、測定対象領域２１を精度よく特定することが求められる。また、生体試料２の向きを制御する機構を持たない場合、ラベル３０１と面照明光源１１とエリアカメラ１２との間の位置関係は、生体試料２ごとに様々である。例えばラベル３０１が照明側にある場合（図３Ｂ（１））と、照明と反対側にある場合（図３Ｂ（２））がある。どちらの場合にも同じ精度で測定対象領域２１を特定することが求められる。
【0027】
図３のようにラベル３０１の向きを変えて（生体試料２の向きを変えて）透過画像を取得すると、ラベル３０１が検出器（エリアカメラ１２）側にある場合には血清境界がぼやけることがわかっている。これは、検体を透過する光が、検体表面にあるラベル３０１によって散乱されることが原因である。
【0028】
図４Ａは、透過画像の例である。図４Ｂ～図４Ｃは、測定対象領域で吸収のある波長（１５５０ ｎｍ）の照明を用いて、実際にラベルの向き（検体の向き）を変えて同じ模擬検体を撮像し、血清上面の境界の傾きを抽出した結果を示す。画像処理部１４は、波長１５５０ｎｍで撮像した画像から、検体中心の３ｍｍ幅を抜き出してｘ方向に平均することにより、１次元信号を取得した。「ラベル照明側」は図３Ｂ（１）に対応し、「ラベルカメラ側」は図３Ｂ（２）に対応する。図４Ｂは、ラベル３０１をカメラ（エリアカメラ１２）側に１枚貼った検体、ラベル３０１をカメラ側に２枚貼った検体、ラベル３０１を全周（計２枚）に貼った検体、をそれぞれ測定した結果である。図４Ｃは、ラベル３０１をカメラ側に１枚貼った検体、ラベル３０１をカメラ側に２枚貼った検体、ラベル３０１を貼っていない検体、それぞれの測定結果である。
【0029】
図４Ｂ～図４Ｃに示すように、ラベル３０１がカメラ側にある場合とない場合で血清境界付近の信号の傾きが大きく異なることがわかる。よって、液量測定においては、ラベル３０１の向きによって異なる傾きをもつ測定信号から、測定対象領域２１の境界位置を検出すること、すなわちラベル３０１の向きによる検出座標のばらつきを低減することが必要である。
【0030】
図５Ａ～図５Ｂは、波長９７０ｎｍの照明で撮像した際の血清上面の信号を抽出した結果を示す。画像処理部１４は、波長９７０ｎｍで撮像した画像から、図４Ｂ～図４Ｃと同様に検体中心の３ｍｍ幅を抜き出してｘ方向に平均することにより、１次元信号を取得した。図５Ｂは、ラベル３０１を照明（面照明光源１１）側に２枚貼っている場合と、ラベル３０１をカメラ側に２枚貼っている場合、それぞれの結果を示している。
【0031】
波長９７０ｎｍの照明は、血清領域における減衰が１５５０ｎｍの照明に対して少ないが、ラベル３０１が照明側にある検体について、血清上面のメニスカス領域で特徴的な透過光の減衰が見られる。これは、曲面状のメニスカスによって、透過光が散乱・屈折するからである。一方、ラベル３０１がカメラ側にある場合にはディップの形状が不明瞭になっていることがわかる。これは、図４Ｂ～図４Ｃと同様に、透過光が検体表面にあるラベルによって散乱されることが原因である。つまり、ラベルがカメラ側にない場合には、波長９７０ｎｍの透過光におけるメニスカスのディップを検出することによりメニスカス下面を精度よく測定できるが、ラベルがカメラ側にある場合には、散乱の影響でディップがぼやけることによって、メニスカス下面を検出することが難しい。
【0032】
以上のように、ラベル３０１による透過光の散乱が発生する条件のもとで、メニスカス下面を検出することと、ラベル３０１の向きによる検出位置のばらつきを低減することが課題となる。
【0033】
＜実施の形態１：血清境界信号処理の原理＞
図６は、ラベル３０１を検体片側に２枚貼って取得した結果について、図４Ｂと図４Ｃを重ねて表示したグラフである。図６に示すように、信号の傾きはラベルの向きによって大きく異なるが、どちらも輝度５０％付近の地点で点対称になる特徴があることがわかる。よって、本開示では、この対称性を利用し、輝度変化の中心点を検出することにより、ラベルの向きによらず測定対象領域２１の境界を精度よく検出することを図る。
図６は、ラベル３０１を検体片側に２枚貼って取得した結果について、図４Ｂと図４Ｃを重ねて表示したグラフである。図６に示すように、信号の傾きはラベルの向きによって大きく異なるが、どちらも輝度５０％付近の地点で点対称になる特徴があることがわかる。よって、本開示では、この対称性を利用し、輝度変化の中心点を検出することにより、ラベルの向きによらず測定対象領域２１の境界を精度よく検出することを図る。
【0034】
測定対象領域２１の境界（上面境界と下面境界のうちいずれか）を包含する画像領域において、１次元信号の輝度値は最大値（図６の左半分領域）と最小値（図６の右半分領域）をとる。ここでいう輝度５０％とは、これら最大値と最小値との間の中心点に相当する輝度値のことである。
【0035】
図７Ａ～図７Ｂは、１次元信号の輝度変化の中心点を検出する方法を示す。画像処理部１４は、１次元信号の１次微分のピークを検出する（例：１次元信号の２次微分のゼロクロス点を検出する）ことにより、１次元信号の変曲点を検出し、これを輝度変化の中心点（すなわち測定対象領域２１の境界）として特定することができる。図７Ａはラベル３０１がカメラ側にある場合において波長１５５０ｎｍの光によって取得した１次元信号とその１次微分のプロファイルを示す。図７Ｂは、ラベル３０１が照明側にある場合において波長１５５０ｎｍの光によって取得した１次元信号とその１次微分のプロファイルを示す。１次微分のピーク座標が、輝度の５０％付近の座標に対応していることがわかる。したがって、１次元信号の１次微分のピーク位置を特定することにより、測定対象領域２１の境界を特定できる。上面境界と下面境界いずれについても同様である。
【0036】
１次元信号の輝度変化の中心点を検出する別方法としては、測定対象領域２１の境界付近における輝度変化の最大値と最小値を特定し、それらの間の中心点を求めることにより、輝度値が最大値の５０％レベルとなる点を特定することが考えられる。上面境界と下面境界いずれについても同様である。１次元信号の１次微分ピークが中心点と一致しない場合は、本手法を用いることが望ましい。
【0037】
例えば生体試料２の個体や種類ごとのばらつきなどによっては、測定対象領域２１の境界が、境界付近における最大輝度と最小輝度との間の中心点ではない（輝度５０％レベルではない）場合がある。そこで画像処理部１４は、このようなばらつきがなるべく小さくなるような輝度レベルを、測定対象領域２１の境界として取り扱うこともできる。例えば測定対象領域２１の境界付近の最大輝度と最小輝度との間の中心よりもやや最大輝度寄りの輝度（例：輝度６０％レベル）を、境界とみなしてもよい。この場合は最大輝度と最小輝度との間の中心点に代えて、両者の中間点（この例においては輝度６０％レベル）を用いることになる。
【0038】
同様に１次微分ピークを用いる場合においても、輝度変化の変曲点によって求めた境界位置をさらに補正した位置を、最終的な境界とみなしてもよい。例えば１次微分ピークを用いて求めた境界位置と、輝度中心点を用いて求めた境界位置とが互いに異なる場合、両者の中間を境界とみなす、などの手法が考えられる。
【0039】
このような境界位置の補正は、あらかじめその補正量を実験などによって求めておき、１次微分ピークや輝度中心点などによって求めた境界位置に対してその補正量を適用することによって、実施することができる。補正量を求める処理は、例えば測定を実施する前のキャリブレーション工程などにおいて実施することができる。
【0040】
図８は、画像処理部１４が測定対象領域２１の液量（血清液量）を測定する手順を説明するフローチャートである。画像処理部１４は、エリアカメラ１２が撮像した２つの波長の透過画像それぞれを取得する（Ｓ１）。測定対象領域特定部１４１は、各波長の撮像画像から測定対象領域２１を特定する（Ｓ２：詳細は後述）。メニスカス補正部１４２は、特定した測定対象領域２１の境界に対して、メニスカス幅の補正を適用する（Ｓ３：詳細は後述）。液量計算部１４３は、測定対象領域２１の液量を計算する（Ｓ４）。
【0041】
【0042】
（図９：ステップＳ２１）
測定対象領域特定部１４１は、取得した分光画像の１次元信号を取得する。１次元信号は、生体試料２の画像から水平方向に沿った中心付近を所定幅だけ抜き出し、その画素値を用いて求める。抜き出す中心領域の幅は、１ｐｉｘｅｌから生体試料２の幅までの間とする。中心領域の画素値の平均や中央値を１次元信号とする。
測定対象領域特定部１４１は、取得した分光画像の１次元信号を取得する。１次元信号は、生体試料２の画像から水平方向に沿った中心付近を所定幅だけ抜き出し、その画素値を用いて求める。抜き出す中心領域の幅は、１ｐｉｘｅｌから生体試料２の幅までの間とする。中心領域の画素値の平均や中央値を１次元信号とする。
【0043】
（図９：ステップＳ２２）
測定対象領域特定部１４１は、波長９７０ｎｍの照明を用いて取得した透過画像の１次元信号と、波長１５５０ｎｍの照明を用いて取得した透過画像の１次元信号との間の差分を取得する。測定対象領域特定部１４１は、その差分に基づき、測定対象領域２１を仮特定する。具体例は図２Ａ～図２Ｂにおいて説明した通りである。
測定対象領域特定部１４１は、波長９７０ｎｍの照明を用いて取得した透過画像の１次元信号と、波長１５５０ｎｍの照明を用いて取得した透過画像の１次元信号との間の差分を取得する。測定対象領域特定部１４１は、その差分に基づき、測定対象領域２１を仮特定する。具体例は図２Ａ～図２Ｂにおいて説明した通りである。
【0044】
（図９：ステップＳ２３）
測定対象領域特定部１４１は、Ｓ２２において仮特定した測定対象領域２１の上面境界付近の部分画像を取得し、その部分画像を用いて、測定対象領域２１の上面境界を特定する。例えばＳ２２において仮特定した測定対象領域２１の境界±５ｍｍ程度の範囲を、部分画像として取得すればよい。Ｓ２３により、以後の解析においてノイズ耐性を向上できる。ノイズが少ない場合においては、本ステップを省略することもできる。Ｓ２４についても同様である。本ステップの詳細は後述する。
測定対象領域特定部１４１は、Ｓ２２において仮特定した測定対象領域２１の上面境界付近の部分画像を取得し、その部分画像を用いて、測定対象領域２１の上面境界を特定する。例えばＳ２２において仮特定した測定対象領域２１の境界±５ｍｍ程度の範囲を、部分画像として取得すればよい。Ｓ２３により、以後の解析においてノイズ耐性を向上できる。ノイズが少ない場合においては、本ステップを省略することもできる。Ｓ２４についても同様である。本ステップの詳細は後述する。
【0045】
（図９：ステップＳ２４）
測定対象領域特定部１４１は、Ｓ２２において仮特定した測定対象領域２１の下面境界付近の部分画像を取得し、その部分画像を用いて、測定対象領域２１の下面境界を特定する。部分画像の範囲は例えばＳ２２において仮特定した測定対象領域２１の境界±５ｍｍ程度とする。本ステップの詳細は後述する。
測定対象領域特定部１４１は、Ｓ２２において仮特定した測定対象領域２１の下面境界付近の部分画像を取得し、その部分画像を用いて、測定対象領域２１の下面境界を特定する。部分画像の範囲は例えばＳ２２において仮特定した測定対象領域２１の境界±５ｍｍ程度とする。本ステップの詳細は後述する。
【0046】
図１０は、Ｓ２３の詳細を説明するフローチャートである。本フローチャートは、図６～図７Ｂにおいて説明した手順を実装したものである。血清上面は、１５５０ｎｍなど、血清が吸収する波長の信号を用いて解析する。本フローチャートにおいては１次元信号の１次微分のピークを用いる例を示したが、境界付近の輝度の最大値と最小値を用いてもよいし、これらを併用してもよい。
【0047】
測定対象領域特定部１４１は、１次元信号の１次微分値を取得し（Ｓ２３１）、その１次微分値のピークを検出する（Ｓ２３２）。１次微分値の取得前の１次元信号または、ピーク検出前の１次微分値（両方でもよい）に、ガウシアンフィルタなどの平滑化フィルタをかけておいてもよい。これにより、ノイズとの分離がしやすくなる効果がある。測定対象領域特定部１４１は、検出したピークのうち、あらかじめ設定した閾値以上の絶対値を有するものを選択する（Ｓ２３３）。例えば、検出したピークのうち、図９のＳ２２において仮特定した測定対象領域の上面境界を基準として、血清側により近いピークを選択する。また、候補となるピーク前後（数ミリ程度）の座標における１次元信号の輝度値が、ピーク前後で増減しているか否かを確認することにより、正しく血清境界が検出できているかを確認してもよい。これによって、ノイズとの分離ができ、精度が向上する。以上によって、測定対象領域２１の上面境界を特定することができる（Ｓ２３４）。
【0048】
図１１は、Ｓ２４の詳細を説明するフローチャートである。図２Ａ～図２Ｂにおいて説明したように、測定対象領域２１の下面境界においてコントラストが生じる波長は、測定対象領域２１の下方に存在する物質によって異なる。図２Ａ～図２Ｂの例においては、生体試料２を構成する層数によって、いずれの波長の透過画像を用いるかが異なる。例えば図２Ａにおいては波長２を用いて下面境界を特定し、図２Ｂにおいては波長１を用いて下面境界を特定する。そこで測定対象領域特定部１４１は、生体試料２を構成する層数にしたがって、いずれの波長を用いるかを切り替える。
【0049】
測定対象領域特定部１４１は、生体試料２を構成する層数を確認する（Ｓ２４１）。具体的には、Ｓ２において仮特定した下面境界をまたいだ部分領域の輝度値の差分（コントラスト）を、９７０ｎｍと１５５０ｎｍそれぞれの波長で取得した撮像画像または１次元信号をもとに取得する。９７０ｎｍのコントラストのほうが大きい場合は２層の検体であり、９７０ｎｍ透過画像を解析することによって下面境界を検出する。１５５０ｎｍの方がコントラスト大きい場合は３層の検体であり、１５５０ｎｍ透過画像を解析することによって下面境界を検出する。両波長のコントラストが同程度である（下面境界をまたいだコントラストが閾値未満である）場合は１層の検体であり、１５５０ｎｍ波長の透過画像を解析することによって下面境界を検出する。Ｓ２４２～Ｓ２４５はＳ２３１～Ｓ２３４と同様である。
【0050】
図１２は、Ｓ３の詳細を説明するフローチャートである。メニスカス補正部１４２は、Ｓ２において特定した上面境界座標を取得する（Ｓ３１）。メニスカス補正部１４２は、メニスカス幅を取得する（Ｓ３２）。メニスカス補正部１４２は、使用する採血管や事前に取得する実験データなどから、想定するメニスカス幅をあらかじめ取得しておく。または、検体を連続で測定する間に、ラベル３０１が照明側にあるとき、９７０ｎｍ透過光の信号（このときメニスカス領域において特徴的なディップが見られる）からメニスカス幅を求めておいてもよい。メニスカス補正部１４２は、メニスカス幅に対して補正係数を乗算することにより得た幅だけ、上面境界の位置を下方（メニスカス下面へ近づける方向）へ補正する（Ｓ３３）。補正係数の例については後述する。メニスカス補正部１４２は、メニスカス幅を補正した上面境界の位置を、最終的な上面境界位置として決定する（Ｓ３４）。
【0051】
図１３Ａは、メニスカスを模式化したシミュレーションモデルを示す。測定対象領域２１の上面境界は、メニスカス下面である。ここではＹ座標が１５ｍｍの位置がメニスカス下面であるものとする。メニスカス幅は１．７ｍｍである。
【0052】
図１３Ｂは、図１３Ａのモデルを用いて光線追跡シミュレーションによる透過光（血清上面付近の１次元信号）のシミュレーションを行った結果である。Ｓ２において特定する上面境界（図１３Ｂにおける輝度５０％レベル）は、メニスカスの影響により、メニスカス下面よりも上方にずれる。メニスカス補正部１４２は、このずれを補正することにより、上面境界の推定位置をメニスカス下面へ近づける。図１２における補正係数は、このずれ量とメニスカス幅との間の比率によって定義される。図１３Ｂにおいては、輝度５０％レベルの座標は、メニスカス下面よりも、メニスカス幅×０．９４だけ上方となることが、図１３Ａのシミュレーションモデルによって示された。したがってメニスカス補正部１４２は、あらかじめ取得したメニスカス幅とこの補正係数（図１３Ｂの結果において補正係数は０．９４）を乗算することにより補正量を計算し、その補正量を適用することにより、上面境界の位置をメニスカス下面へ向かって下方修正する。
【0053】
補正係数は、メニスカスによって上面境界の推定位置がずれるメカニズムに鑑みると、０．５～１．０の間の値とすることが望ましい。補正係数は、シミュレーションやキャリブレーションによりあらかじめ決定しておくことができる。補正係数は、生体試料測定装置１が備える記憶部にあらかじめ格納しておいてもよいし、外部装置が備える記憶装置から取得してもよい。生体試料２の種類ごとに補正係数をあらかじめ求めておき、測定時における生体試料２の種類に応じて補正係数を使い分けてもよい。
【0054】
以上の手順により、生体試料測定装置１は、生体試料２に対して貼られたラベル３０１の位置（面照明光源１１に対する位置またはエリアカメラ１２に対する位置）を調整することなく、測定対象領域２１の上面境界と下面境界を、精度よく特定することができる。
【0055】
＜実施の形態２＞
実施形態１で生体試料測定装置１は、既存装置の追加オプションとして既存装置内に搭載することもできるし、生体試料測定装置１単独で使用することもできる。
実施形態１で生体試料測定装置１は、既存装置の追加オプションとして既存装置内に搭載することもできるし、生体試料測定装置１単独で使用することもできる。
【0056】
実施形態１においては、生体試料２の具体的構成（血清試料）を想定し、透過画像を得るために用いる波長の具体例を説明した。本開示はこれに限るものではなく、その他種類の試料についても適用できる。すなわち、試料の吸光度特性に基づき、図２Ａ～図２Ｂで例示したような透過画像を得るための波長を適切に選択することによって、その他の試料について適用することができる。
【0057】
画像処理部１４（および画像処理部１４が備える各機能部）は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することによって構成することもできる。
【0058】
１次元信号の取得方法としては、生体試料２の画像から水平方向に沿った中心付近を所定幅だけ抜き出し、その画素値から画素値の平均や中央値を求めて１次元信号としてもよいし、生体試料２の二次元画像のそれぞれの画素列を一次元信号として扱い、図９に示す解析処理を画素列単位で実施してもよい。画素列単位で実施する場合には、各画素列で決定する境界座標について平均や中央値を求めて上面と下面を決定する。
【符号の説明】
【0059】
１：生体試料測定装置
１１：面照明光源
１２：エリアカメラ
１３：時分割制御ドライバ
１４：画像処理部
２：生体試料
２１：測定対象領域
１１：面照明光源
１２：エリアカメラ
１３：時分割制御ドライバ
１４：画像処理部
２：生体試料
２１：測定対象領域
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】